Электромагнитный расчет трансформаторно-выпрямительного стабилизирующего блока питания (напряжение питания - 220 В, частота - 50 Гц)

4. Электромагнитный расчет

4.1 Расчет главных размеров двигателя

4.1.1. Предварительное значение КПД и COSφ, %

Принимаем  h¢ = 0,8   COSφ¢ = 0,83

4.1.2. Электромагнитная мощность машины, Вт

                                                                             [Л1,ф5.2]
                                         

4.1.3 Диаметр расточки статора, мм

Выбираем по [Л1, с.55] для машины с высотой оси вращения h = 90 мм Д1 = 95 мм Д1нар = 149 мм

4.1.4. Окружная скорость вращения м/с

                                                                                   [Л1,ф5.3]

Это значение υ является приемлемым, так как меньше максимальной υ =10 м/с

4.1.5. Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре определяем по [Л1, с.58] для двигателя с Д1нар = 149 мм Вδ¢ = 0,87 Тл 

4.1.6. Предварительное значение коэффициента полюсной дуги принимаем по [Л1, с.42] αί = 0,685

4.1.7. Количество пар  полюсов

                                                                                    [Л1,ф4.4]
                                                 

4.1.8.Предварительное значение  плотности линейного тока определяем по[Л1, с.58] для двигателя с Д1нар = 149 мм  А¢ = 246 А/см

4.1.9. Магнитная постоянная для данной машины , Вт

                                                                                 [Л1,ф4.1]
                                                      

4.1.10. Длина сердечника статора, см

                                               [Л1,ф5.4]
                                      

Принимаем l1 = 7,5

4.1.11. Коэффициент длины машины

                        [Л1,ф5.5]

Что укладывается в диапазон рекомендованных значений

4.2 Размеры активной части двигателя

4.2.1. Воздушный зазор при h = 90 мм принимаем по [Л1, с.60]  d = 0,3 мм

4.2.2. Наружный диаметр сердечника ротора, мм

                    [Л1,ф5.6]

4.2.3. Внутренний диаметр сердечника статора, мм

                      [Л1,ф5.7]

Примем Д2вн  = 30 мм

4.2.4. Конструктивная длина сердечника, мм

l1 = 750 мм

4.2.5.Число пазов на статоре и роторе принимаем по[Л1, с.62]Z1 = 36, Z2 = 28

4.2.6. Форма пазов на статоре по[1,с.68] трапециидальный полузакрытый,  форма пазов на роторе по[Л1, с.67]  полузакрытый овальный

4.2.7. Размеры полузакрытого паза статора :

Зубцовое деление статора, мм

                                              [Л1,ф5.10]

Ширина зубца статора, мм

[Л1,ф5.9]

где Кс1 = 0,97 по [Л1, с.59] , Вz1max = 1,93 Тл по [Л1, с.64]

Высота спинки статора, мм

                [Л1,ф5.12]

где t - полюсное деление статора, t = , Кс1 = 0,97 по [Л1, с.59], Вс1= 1,63 Тл по [Л1, с64]

Высота зубца статора, мм

                                                            [Л1,ф5.11]

         hz1 = 0,5(149- 95)- 14,2 = 12,8

Наименьшая ширина паза в штампе, м

     [Л1,ф5.13]       

                         где                        [Л1,ф5.11]

b´п1 = 8,5 – 3,89 = 4,61

Наибольшая ширина паза в штампе, мм

                        [Л1,ф5.16]                   где                           [Л1,ф5.14]

bп1 = 10,52 – 3,89 = 6,63

Примем ширину шлица bш1 = 3мм, высоту hш = 0,8 мм, угол β = 45˚

Высота клиновой части паза, мм

hкп =0,5( b´п1 – bш1)            [Л1,ф5.17]

                                                    hкп = 0,5(4,61 – 3) ≈ 1

Высота паза занимаемая обмоткой, мм

hп1 = hz1 – hш1 – hк1                    [Л1,ф5.18]

hп1 = 12,8 – 1 – 0,8 = 11

4.2.8. Размеры полузакрытого паза ротора :

Зубцовое деление ротора, мм

                                      [Л1,ф5.25]

Ширина зубца ротора, мм

[Л1,ф5.24]

где Кс2 = 0,97 по [Л1, с.63] , Вz2max = 1,93 Тл по [Л1, с.65]

Высота спинки ротора, мм

                    [Л1,ф5.27]

где  Вс2= 1,23 Тл по [Л1, с68]

Высота зубца ротора, мм

                    [Л1,ф5.26]

         hz2 = 0,5(94,4- 30)- 18,8 = 13,4

Диаметр в верхней части паза ротора, мм

                [Л1,ф5.28]

Принимаем = 5мм

Диаметр в нижней части паза ротора, мм

                [Л1,ф5.29]

Принимаем = 2,5мм

Расстояние между центрами окружностей паза ротора, мм

h2 =hz2 - 0,5( d´п2 + dп2)                    [Л1,ф5.30]

h2 =13,4 - 0,5( 5 + 2,5) = 9,65

Площадь овального паза в штампе, мм²

                                                            [Л1,ф5.32]

4.3 Обмотка статора

4.3.1. Тип обмотки статора по [Л1,с64] – однослойная всыпная, число ветвей а₁ = 1

4.3.2. Число пазов на полюс и фазу

                          [Л1, ф5.40]

4.3.3. Обмоточный коэффициент по [Л1,с65] К_об = 0,96

4.3.4. Шаг по пазам

                               [Л1, ф5.41]

   (1®10)  11 пазов

4.3.5. Ток статора в номинальном режиме, А

[Л1, ф5.42]

4.3.6. Число эффективных проводников в пазу статора

          [Л1, ф5.43]

Примем n_п = 40

4.3.7. Число последовательно соединенных витков в обмотке фазы статора

                                                                            [Л1, ф5.48]

4.3.8. Плотность тока в обмотке статора принимаем по [Л1,с79] D₁ = 7,6 А\ мм²

4.3.9. Сечение эффективного проводника обмотки статора, мм²

                                                                              [Л1, ф5.49]

По [Л1,с333] выбираем провод сечением q_ст = 0,636 мм² , диаметром d₂ = 0,9 мм. В соответствии с классом изоляции В выбираем провод ПЭТВ d_из = 0,965 мм

4.3.10. Толщина изоляции для полузакрытого паза при однослойной обмотке и классе нагревостойкости по [Л1,с73] по высоте h_из = 0,25 мм; по ширине b_из = 0,5 мм

4.3.11. Площадь изоляции в пазу, мм²

                                                         [Л1, ф5.50]

4.3.12. Площадь паза в свету, занимаемая обмоткой, мм²

 [Л1, ф5.52]

где S_из.пр.= 0 т.к. однослойная обмотка

4.3.13. Коэффициент заполнения паза статора изолированным проводом

                     [Л1, ф5.51]

4.3.14. Уточненное значение плотности тока в обмотке статора, А\мм²

                    [Л1, ф5.56]

4.3.15. Уточненное значение линейной нагрузки, А\м

             [Л1, ф5.57]

4.3.16. Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре, Тл

            [Л1, ф5.58]

                                  где                    [Л1, ф5.55]

где К_е = 0,9; К_в = 1,1 по [Л1,с68] 

4.3.17. Размеры катушек статора :

среднее зубцовое деление, мм

                  [Л1, ф5.59]

средняя ширина катушки, мм

                        [Л1, ф5.60]

4.3.18. Средняя длина лобовой части катушки, мм

      [Л1, ф5.62]

4.3.19. Средняя длина витка обмотки статора, мм

                       [Л1, ф5.61]

4.3.20. Длина вылета лобовой части обмотки, мм:

                                                                    [Л1, ф5.64]

4.3.21. Активное сопротивление одной фазы обмотки статора, приведенное к рабочей температуре, Ом

                              [Л1, ф5.65]

4.3.22. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния

   [Л1, ф5.69]

где К_b и К¢_b =1 по [Л1,с82],                         [Л1, ф5.70]

4.3.23. Коэффициент воздушного зазора

                                                      [Л1, ф5.71]

4.3.24. Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния

           [Л1, ф5.74]

где К_рм = 0,88; К_ш1 = 0,283; К_д1 = 0,0141 по [Л1,с83]              

4.3.25. Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей

                  [Л1, ф5.77]

4.3.26. Коэффициент магнитной проводимости обмоток статора

                                     [Л1, ф5.78]

l₁ = 1,34 + 0,55 +1,4 = 3,3

4.3.27. Индуктивное сопротивление рассеивания 1^й фазы обмотки статора

                                   [Л1, ф5.79]

4.4 Обмотка фазного ротора

4.4.1. Число  пар полюсов

                                  [Л1, ф5.5]

4.4.2. Число пазов на полюс и фазу

q₂ = q₁  - 1                               [Л2, ф5.50]

4.4.3. Число пазов ротора

z₂ = 28

4.4.4. Шаг по пазам

                                  [Л1, ф5.41]

4.4.5. Число витков обмотки фазы ротора

              [Л2, ф5.51]

где f₁ = 50 Гц; К_об2 =0,96; Е₂ = 110 В;                                                                                                                                                  

              [Л2, ф5.53]

где В₂ = В_z2 + В_с2   [Л2, ф5.54]; a = 0,685; t =  [Л2, ф5.55]  ; l₂ =75 мм;

В₂ = 1,93+1,23 = 3,16

Ф₂ =

Примем w₂ = 43

4.4.5. Ток в обмотке фазы ротора, А

       [Л2, ф5.56]

Примем I₂ = 26 А

4.4.6. Число эффективных проводников в пазу ротора

                     [Л1, ф5.43]

Примем значение А₂ = 19,8 А\см по  [Л1, ф5.58]

Примем значение n¢_п2 = 8

4.4.7. Сечение эффективного проводника в пазу ротора, мм²

                                                                                 [Л1, ф5.49]

Примем  по [Л1,с79] значение D¢₂ =8,3 А\мм

Примем по [Л1,с333] провод марки ПЭВ – 2 с d_2г =1,91 мм; d_2из = 2,095 мм; q_2из = 3,14 мм²

4.4.8. Площадь паза занимаемая обмоткой, мм²

                                                                        [Л1, ф5.53]

4.4.9. Уточним значение n¢_п2 по рис. 1 n_п2 = 5

4.4.10. Коэффициент заполнения паза ротора изолированным проводом

                  [Л1, ф5.51]

4.4.11. Уточненное значение плотности тока в обмотке ротора, А\мм²

                    [Л1, ф5.56]

4.4.12. Размеры катушек ротора :

среднее зубцовое деление, мм

                           [Л1, ф5.59]

средняя ширина катушки, мм

                                 [Л1, ф5.60]

4.4.13. Средняя длина лобовой части катушки, мм

                 [Л1, ф5.62]

4.4.15. Средняя длина витка обмотки ротора, мм

                                                                                          [Л1, ф5.61]

4.4.16. Длина вылета лобовой части обмотки, мм:

                         [Л1, ф5.64]

4.4.17. Активное сопротивление одной фазы обмотки ротора, приведенная к рабочей температуре, Ом

                    [Л1, ф5.65]

                                                                              4.4.18. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния

   [Л1, ф5.69]

где К_b и К¢_b =1 по [Л1,с82],                            [Л1, ф5.70]

4.4.19. Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния

       [Л1, ф5.74]

где К_рм = 0,88; К_ш1 = 0,283; К_д1 = 0,0141 по [Л1,с83]              

4.4.20. Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей

                 [Л1, ф5.77]

4.4.21. Центральный угол скоса пазов примем a_ск =15° (на одно зубцовое деление). Определим К_ск по  [Л1,с86],  при a_ск  = 15° К_ск = 0,946

4.4.22. Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора

                     [Л1, ф5.101]

4.4.23. Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, Ом

                        [Л1, ф5.110]

4.4.24. Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора, Ом

                                         [Л1, ф5.110а]

x¢₂ = 3,75 × 10^-5 × 23× 10³ = 0,88

4.5 Расчет магнитной цепи

Сердечники статора и ротора из листовой электротехнической стали